เหตุใดผงนาโนทิวบ์คาร์บอน-ผนังเดี่ยวจึงยากต่อการกระจายมากกว่าผงผนังหลาย-

ในการใช้งานจริงของผงท่อนาโนคาร์บอน วิศวกรวัสดุจำนวนมากประสบปัญหาทั่วไป: เหตุใด-ผงท่อนาโนคาร์บอนผนังเดี่ยว (SWCNT Powder) จึงมักจะทำให้มีการกระจายตัวสม่ำเสมอได้ยากกว่า-ผงท่อนาโนคาร์บอนผนังหลาย- (ผง MWCNT) แม้ว่าจะเติมลงในตัวทำละลาย เรซิน หรือระบบสารละลายเดียวกันก็ตาม

เมื่อดูเผินๆ เหตุผลก็ดูเหมือนเป็นเพียงว่า "ท่อนาโนคาร์บอนที่มีผนังชั้นเดียว-นั้นละเอียดกว่าและมีแนวโน้มที่จะรวมตัวกันมากกว่า" แต่เหตุผลที่แท้จริงนั้นไม่ได้ง่ายขนาดนั้น

สาเหตุหลักที่ว่าทำไมท่อนาโนคาร์บอนที่มีผนังชั้นเดียว-จึงแยกย้ายได้ยากกว่าคืออัตราส่วนกว้างยาว เส้นผ่านศูนย์กลางของท่อขนาดเล็ก และปฏิสัมพันธ์ระหว่าง-ท่อขนาดใหญ่ระหว่างกัน ซึ่งทำให้ SWCNT มีแนวโน้มที่จะก่อตัวเป็นมัด- เหมือนการรวมตัวกันในสถานะผงแห้ง เมื่อมัดรวมแน่นแล้ว การกวนแบบธรรมดาจะทำให้แยกท่อคาร์บอนแต่ละท่อออกจากกันได้ยาก

การวิจัยล่าสุดชี้ให้เห็นอีกครั้งว่า SWCNTs แสดงปรากฏการณ์การรวมกลุ่มที่ชัดเจนตามธรรมชาติ หนึ่งในเหตุผลพื้นฐานคือการมีปฏิสัมพันธ์ระหว่าง van der Waals ที่แข็งแกร่งระหว่างท่อนาโนคาร์บอน แม้ว่าอัลตราซาวนด์แบบดั้งเดิมและการตัดเฉือนเป็นเวลานานสามารถปรับปรุงการกระจายตัวได้ แต่อาจนำมาซึ่งความเสียหายของท่อคาร์บอน การใช้พลังงาน และปัญหาด้านประสิทธิภาพในการประมวลผล

ดังนั้น หากคุณกำลังซื้อผงคาร์บอนนาโนทิวบ์ผนังเดี่ยว- คุณไม่เพียงแต่พิจารณาความบริสุทธิ์และเส้นผ่านศูนย์กลางของท่อเท่านั้น นอกจากนี้คุณควรคำนึงถึงความยาว สถานะการจับตัวเป็นก้อน วิธีการรักษาพื้นผิว และดูว่าตรงกับระบบการกระจายตัวของคุณหรือไม่

I. เหตุใดท่อนาโนคาร์บอนผนังเดี่ยว-จึงยากต่อการกระจายมากกว่าท่อนาโนคาร์บอนผนังหลาย-

เหตุผลพื้นฐานไม่ใช่ว่า "ผนังเดี่ยว-ย่อมยากต่อการกระจายตัวมากกว่า-ผนังหลายชั้น" แต่ SWCNT มีแนวโน้มที่จะสร้างโครงสร้างที่คล้ายกับกลุ่ม-ที่แข็งแกร่งมากกว่า และ-การกระจายกลุ่มนั้นจำเป็นต้องเอาชนะปฏิสัมพันธ์ระหว่าง-ท่อที่มีนัยสำคัญ

แม้ว่าท่อนาโนคาร์บอนที่มีผนังชั้นเดียว-และท่อนาโนคาร์บอนที่มีผนังหลาย- ทั้งคู่จะอยู่ในวัสดุนาโนคาร์บอน-มิติเดียว แต่โครงสร้างของพวกมันแตกต่างกันอย่างมาก

SWCNT มีผนังท่อเพียงด้านเดียวที่เกิดขึ้นจากการรีดอะตอมคาร์บอนชั้นเดียว ในขณะที่ MWCNT โดยทั่วไปจะประกอบด้วยชั้นกราไฟท์โคแอกเซียลหลายชั้น

ในผลิตภัณฑ์ทั่วไป เส้นผ่านศูนย์กลางภายนอกของ-ท่อนาโนคาร์บอนแบบมีผนังชั้นเดียวโดยทั่วไปจะอยู่ในช่วงต่ำกว่า-นาโนเมตรถึงหลาย-ช่วงนาโนเมตร ในขณะที่เส้นผ่านศูนย์กลางภายนอกของท่อนาโนคาร์บอนที่มีผนังหลาย- โดยทั่วไปสามารถไปถึงหลายนาโนเมตรถึงหลายสิบนาโนเมตรหรือสูงกว่านั้นก็ได้ ช่วงเฉพาะขึ้นอยู่กับข้อกำหนดของผลิตภัณฑ์

สิ่งที่ส่งผลกระทบอย่างแท้จริงต่อการกระจายตัวไม่ใช่ "จำนวนกำแพง" ในตัวมันเอง แต่เป็นผลรวมของปัจจัยต่อไปนี้:

เส้นผ่านศูนย์กลางท่อเล็กลง

โดยทั่วไปแล้วอัตราส่วนภาพที่สูงมาก

พื้นที่ผิวต่อหน่วยมวลที่ใหญ่ขึ้น

ปฏิสัมพันธ์ระหว่าง-tube van der Waals ที่ชัดเจน

มีแนวโน้มที่จะสร้างโครงสร้างมัดที่ขนานกัน-

มีแนวโน้มที่จะเกิดการเกาะตัวเป็นลำดับที่สองในผงแห้ง

ไวต่อพลังงานกล/อัลตราโซนิกระหว่าง-กระบวนการมัดรวม

SWCNT แสดงแรงดึงดูดระหว่าง-หลอดอย่างชัดเจนในสารละลาย และโครงสร้างหนึ่ง-มิติของพวกมันทำให้ปฏิกิริยาระหว่าง-หลอดมีคุณลักษณะการดูดซับเฉพาะจุดที่แข็งแกร่ง

ดังนั้น คำถามที่แท้จริงจึงไม่ใช่: "เหตุใด SWCNT จึงไม่ละลายได้ง่าย" แต่ควรทำอย่างไร: "คุณจะ-แยกกลุ่ม SWCNT ที่จัดรูปแบบแล้วออกใหม่ และรักษาท่อคาร์บอนแต่ละท่อที่แยกออกจากกันให้คงที่ได้อย่างไร"

นี่เป็นปัญหาทางวิศวกรรมหลักที่สุดใน-การกระจายตัวของท่อนาโนคาร์บอนแบบผนังเดี่ยว

ครั้งที่สอง ลักษณะที่ยากที่สุดของผงนาโนทิวบ์คาร์บอน-ผนังเดี่ยวจริงๆ แล้วคือการ "มัดรวม"

สำหรับ SWCNT สิ่งกีดขวางการกระจายตัวที่ใหญ่ที่สุดมักไม่ใช่ท่อคาร์บอนแต่ละท่อ แต่ท่อคาร์บอนหลายท่อได้รวมตัวกันเป็นมัดที่มั่นคงแล้ว

ลองนึกภาพท่อนาโนคาร์บอนที่มีผนัง-เส้นเดียวที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 1 นาโนเมตรและยาวหลายไมโครเมตร

มันไม่ใช่ "อนุภาค" ธรรมดา

มันเหมือนกับเส้นใยระดับนาโนที่ละเอียดมากและยาวมาก

เมื่อมี SWCNT จำนวนมากพร้อมกัน จะเกิดสิ่งต่อไปนี้เนื่องจากการโต้ตอบที่พื้นผิว: หลอดเดี่ยว → มัดเล็ก → มัดใหญ่ → รวมตัวกันสามมิติ-

กระบวนการนี้เห็นได้ชัดเจนโดยเฉพาะในผงแห้ง

การวิจัยเมื่อเร็วๆ นี้ระบุคุณลักษณะโดยตรงของการรวมกลุ่มตามธรรมชาติของ SWCNT เข้ากับปฏิกิริยาของแวน เดอร์ วาลส์ที่รุนแรง และชี้ให้เห็นว่าอัลตราซาวนด์แบบดั้งเดิมและการตัดเฉือนเป็นเวลานานมักต้องใช้พลังงานสูงในการ{0}}รวมกลุ่ม

ดังนั้นสิ่งที่วิศวกรมองว่าเป็น "ผงที่ไม่กระจายตัว" มักจะเป็นเช่นนั้น:

ของเหลวได้เข้าสู่ขอบด้านนอกของกลุ่มก้อน แต่ยังไม่ได้เปิดมัด SWCNT ภายในอย่างแท้จริง

ที่สาม เหตุใดท่อนาโนคาร์บอนจึงสร้างแรงดึงดูดระหว่างกันอย่างมาก?

ปฏิสัมพันธ์ระหว่าง van der Waals ระหว่างท่อนาโนคาร์บอนเป็นหนึ่งในสาเหตุพื้นฐานของการรวมตัวกันของ CNT และพื้นที่ผิวจำเพาะสูงและความยาวสัมผัสขนาดใหญ่จะขยายปัญหานี้ต่อไป

พื้นผิวท่อนาโนคาร์บอนส่วนใหญ่ประกอบด้วยอะตอมของคาร์บอน ซึ่งอยู่ในโครงสร้างคาร์บอนsp²ทั่วไป

เมื่อท่อนาโนคาร์บอนสองท่อเข้าใกล้กัน ปฏิกิริยาระหว่างแวนเดอร์วาลส์จะถูกสร้างขึ้นระหว่างท่อนาโนทั้งสอง

หากเป็นเพียงอนุภาคทรงกลมธรรมดาสองตัวสัมผัสกัน พื้นที่สัมผัสก็ค่อนข้างจำกัด

แต่ CNT นั้นเป็นโครงสร้างหนึ่งมิติที่เพรียวบาง-

หากท่อคาร์บอนสองท่อจัดเรียงขนานกัน อาจเกิดเป็นเส้นตรง ต่อเนื่อง -พื้นที่สัมผัสขนาดใหญ่

นี่เป็นเหตุผลว่าทำไมพื้นที่ผิวจำเพาะสูงของ CNT จึงเป็นทั้งข้อดีและความยากในการกระจายตัว

การวิจัยที่มีอยู่ชี้ให้เห็นว่าพื้นที่ผิวจำเพาะขนาดใหญ่ของ CNT มีประโยชน์สำหรับการสร้างปฏิสัมพันธ์ระหว่างผิวกับเมทริกซ์ แต่ในขณะเดียวกัน ยังช่วยเพิ่มแรงดึงดูดและแนวโน้มการรวมตัวระหว่างอนุภาคนาโนอีกด้วย

ดังนั้น:

ค่าที่นี่คือช่วงทางวิศวกรรมทั่วไปที่ใช้เพื่อทำความเข้าใจความแตกต่างของโครงสร้าง ไม่ใช่ข้อกำหนดเฉพาะแบบรวมสำหรับผลิตภัณฑ์ทั้งหมด

IV. เหตุใดอัตราส่วนภาพที่สูงของ SWCNT จึงเพิ่มความยากในการกระจาย

อัตราส่วนภาพที่สูงหมายถึง SWCNT แต่ละตัวจะยาวและบางมาก ทำให้มีแนวโน้มที่จะเชื่อมโยงกัน และมีแนวโน้มที่จะสร้างเครือข่ายหน้าสัมผัสระหว่างทูบ-ที่ต่อเนื่องกันมากกว่า

อัตราส่วนภาพสามารถเข้าใจได้ง่าย ๆ ว่า: ความยาว เส้นผ่านศูนย์กลางท่อ

สมมติว่า SWCNT:

เส้นผ่านศูนย์กลางท่อ: 1 นาโนเมตร

ความยาว: 1 ไมครอน

อัตราส่วนภาพคือ 1000 : 1

หากความยาวถึง 5 μm: 5000 : 1

ซึ่งแตกต่างอย่างสิ้นเชิงจากอนุภาคขนาดไมครอน-ทั่วไป

อัตราส่วนภาพที่สูงทำให้เกิดผลลัพธ์สองประการ:

ประการแรก มีแนวโน้มที่จะเกี่ยวพันกัน

ท่อคาร์บอนหลายท่ออาจทับซ้อนกันในสถานะผงแห้ง

ประการที่สอง มีแนวโน้มที่จะสร้างเครือข่าย-เหมือนกลุ่มก้อนมากขึ้น

ท่อหนึ่งสามารถสัมผัสกับหลายท่อพร้อมกัน โดยค่อยๆ ก่อตัวเป็นโครงสร้างคล้ายกับ "ใยแมงมุม"

ดังนั้น แม้ว่าสารช่วยกระจายตัวสามารถทำให้พื้นผิว CNT เปียกได้ แต่ก็ไม่ได้หมายความว่าโครงสร้างที่เกาะกลุ่มกันทั้งหมดสามารถเกิดขึ้นได้ในทันที

V. เหตุใดผงนาโนคาร์บอนผนัง-ชั้นเดียวจึง "ดูเหมือนน้อยมาก" แต่จริงๆ แล้วเป็นเรื่องยากมากที่จะแยกย้ายกันไป

ลักษณะทั่วไปของ SWCNT คือ การเติมในปริมาณน้อยสามารถสร้างโครงสร้างเครือข่ายที่ชัดเจน ซึ่งหมายความว่าผงปริมาณเล็กน้อยสามารถทำให้เกิดการจับตัวเป็นก้อนและเอฟเฟกต์การทำให้หนาขึ้นอย่างเห็นได้ชัด

สิ่งนี้เห็นได้ชัดเจนเป็นพิเศษในสารละลาย CNT ที่มีความเข้มข้นสูง-

ตัวอย่างเช่น หากเพิ่ม SWCNT ลงในระบบของเหลว: 0.1 wt% → 1 wt% → 3 wt%

เมื่อความเข้มข้นเพิ่มขึ้น ความน่าจะเป็นในการชนกันระหว่างท่อคาร์บอนจะเพิ่มขึ้นอย่างมาก

เมื่อเกินขีดจำกัดการกระจายเฉพาะของระบบ- อาจเกิดสิ่งต่อไปนี้ขึ้นได้:

เพิ่มความหนืดอย่างรวดเร็ว

ความสามารถในการไหลลดลง

อนุภาคที่รวมตัวกันเป็นสีดำ

การตกตะกอน/ลอยตัว

ปัญหาในการกรอง

ข้อบกพร่องของการเคลือบ

การวิจัยแสดงให้เห็นว่า SWCNT ถูกจำกัดอย่างมีนัยสำคัญโดยการรวมกลุ่มที่ความเข้มข้นสูงกว่า ฟังก์ชันการทำงานสามารถปรับปรุงปัญหานี้ได้ แต่ผลของมันจะเกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดกับตัวทำละลาย กลุ่มพื้นผิว และความเข้มข้น

ดังนั้นจึงไม่สามารถสรุปง่ายๆ ได้ว่า: "ยิ่งปริมาณการเติมต่ำลง การกระจายตัวก็จะยิ่งง่ายขึ้น"

หากตัวท่อคาร์บอนเองได้ก่อตัวเป็นผงจับตัวเป็นก้อนที่มีความเสถียรมากอยู่แล้ว แม้ว่าปริมาณการเติมสุดท้ายจะเป็นเพียง 0.1% ก็อาจปรากฏ "ตาปลา" หรือจับเป็นก้อนเป็นเม็ดที่ชัดเจนได้

วี. เหตุใดท่อนาโนคาร์บอนแบบมีผนังหลาย-บางครั้งจึงกระจายได้ง่ายกว่า

MWCNT ไม่ได้ "กระจายตัวได้ง่าย" ตามธรรมชาติ แต่โครงสร้างและผลิตภัณฑ์ของท่อนาโนคาร์บอนที่มีผนังหลาย-บางประเภททำให้ง่ายต่อการบรรลุการกระจายตัวที่สม่ำเสมอในระดับมหภาคผ่านการตัดเฉือนเชิงกลในระบบเฉพาะ

นี่เป็นปัญหาที่เข้าใจผิดได้ง่าย

ไม่สามารถพูดง่ายๆ ได้ว่า MWCNT นั้นกระจายง่าย SWCNT นั้นกระจายยาก

ข้อความที่แม่นยำยิ่งขึ้นคือ: ในสูตรทางอุตสาหกรรมทั่วไปหลายสูตร ผลิตภัณฑ์ MWCNT บางชนิดสามารถบรรลุ "การกระจายตัวที่สม่ำเสมอในระดับมหภาค" ได้ง่ายขึ้น ในขณะที่ SWCNT มักจะยังคงต้องแก้ไขปัญหา "การแยกตัวของมัดรวม" เพิ่มเติม

ตัวอย่างเช่น:

การวิจัยเกี่ยวกับการกระจายตัวของ MWCNT ยังแสดงให้เห็นว่าการรวมตัวของ MWCNT และพฤติกรรมการตกตะกอนถูกควบคุมโดยปัจจัยหลายประการ รวมถึงแรง van der Waals แรงไฟฟ้าสถิต สิ่งกีดขวางแบบ steric และปฏิกิริยาที่ไม่ชอบน้ำ

ดังนั้น ท่อนาโนคาร์บอนที่มีผนังหลาย-จึงไม่ใช่ "วัสดุที่จะ-กระจาย-ได้ง่าย" เช่นกัน เพียงแต่ว่าช่วงการกระจายอาจแตกต่างกันไปสำหรับผลิตภัณฑ์เฉพาะ

ปกเกล้าเจ้าอยู่หัว ควรกำหนด "การกระจายตัว" ของผงท่อนาโนคาร์บอนได้แม่นยำเพียงใด

การกระจายตัวที่แท้จริงไม่ใช่ "ดูเป็นสีดำหลังจากเติมของเหลว" แต่เป็นท่อนาโนคาร์บอนที่มีสถานะสม่ำเสมอและเสถียรเพียงพอในระบบเป้าหมายที่ตรงตามข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพขั้นสุดท้าย

นี่เป็นจุดสำคัญมากในการซื้อผงท่อนาโนคาร์บอน

การทดลองจำนวนมากแสดงสถานการณ์เช่นนี้: คนเป็นเวลา 10 นาที → สีดำสม่ำเสมอ → พิจารณาว่าการกระจายตัวสำเร็จ

แต่หลังจากยืนได้ 24 ชั่วโมง ชั้นบนจะใส → มีตะกอนปรากฏที่ด้านล่าง

ข้อมูลนี้บ่งชี้ว่าระบบเสร็จสิ้นเฉพาะการผสมด้วยตาเปล่าในระยะสั้น-เท่านั้น และไม่ก่อให้เกิดการกระจายตัวที่เสถียร

ดังนั้น การตัดสินจึงมีได้ 3 ระดับ คือ

1. ความสม่ำเสมอในระดับมหภาค

มีอนุภาค การจับตัวเป็นก้อน และการตกตะกอนที่ชัดเจนหรือไม่?

2. การกระจายตัวด้วยกล้องจุลทรรศน์

ท่อคาร์บอนเป็นมัดเดี่ยว มัดเล็ก หรือมัดใหญ่-มัดใหญ่-เหมือนจับเป็นก้อนหรือไม่

3. ความมั่นคงในระยะยาว-

หลังจาก 24 ชั่วโมง 7 วัน หรือนานกว่านั้น ระบบยังเสถียรอยู่หรือไม่?

โซลูชันการกระจายตัวของท่อนาโนคาร์บอนที่มีคุณค่าอย่างแท้จริงจำเป็นต้องพิจารณาทั้งสามระดับพร้อมกัน

8. เหตุใดอัลตราซาวนด์จึงสามารถกระจาย SWCNT ได้ แต่ไม่สามารถใช้งานได้อย่างไม่มีกำหนด

อัลตราซาวนด์สามารถให้พลังงานกลเพียงพอในการสลายกลุ่ม CNT แต่อัลตราซาวนด์ที่มากเกินไปอาจทำให้ท่อคาร์บอนสั้นลง เกิดข้อบกพร่อง หรือเปลี่ยนแปลงประสิทธิภาพขั้นสุดท้าย

นี่เป็นปัญหา "ระดับ" ที่พบบ่อยที่สุดในกระบวนการกระจายตัวของ SWCNT

ผลของอัลตราซาวนด์สามารถเข้าใจได้ง่ายๆ ว่า: โพรงอากาศด้วยคลื่นเสียงความถี่สูง → แรงเฉือนสูงเฉพาะจุด → การแตกตัวเป็นก้อน → ท่อคาร์บอนจะค่อยๆ คลาย-มัดเป็นมัด

แต่ปัญหาคือ: ถ้าพลังงานไม่เพียงพอ → Agglomerates จะไม่เปิด หากพลังงานสูงเกินไปหรือเวลานานเกินไป → ท่อคาร์บอนอาจได้รับความเสียหายทางกล

อัลตราซาวนด์แบบดั้งเดิมหรือการตัดเฉือนเป็นเวลานานสามารถใช้ในการแยก SWCNT -การรวมกลุ่มได้ แต่อาจมีปัญหา เช่น การใช้พลังงานสูง ค่าใช้จ่ายในการดำเนินการ และความเสียหายของท่อคาร์บอน

ดังนั้น ในการผลิตจริง สิ่งที่สำคัญกว่าคือ: การค้นหาสมดุลระหว่าง "ประสิทธิภาพในการมัดรวม" และ "การรักษาความยาวของท่อคาร์บอน"

ทรงเครื่อง เหตุใดสารช่วยกระจายตัวจึงสามารถช่วยให้-ท่อนาโนคาร์บอนที่มีผนังเดี่ยวกระจายตัวได้

หน้าที่หลักของสารช่วยกระจายตัวคือการสร้างอันตรกิริยาที่ทำให้เสถียรใหม่บนพื้นผิวท่อนาโนคาร์บอน ซึ่งช่วยลดแนวโน้มที่หลอดจะ-รวมตัวกันอีกครั้ง

เมื่อใช้ระบบน้ำเป็นตัวอย่าง แนวทางทั่วไปได้แก่:

สารลดแรงตึงผิวประจุลบ

สารลดแรงตึงผิวที่ไม่ใช่-ไอออนิก

สารช่วยกระจายตัวโพลีเมอร์

โมเลกุลของแอมฟิฟิลิก

การเคลือบโพลีเมอร์เฉพาะ

ตัวอย่างเช่น สารลดแรงตึงผิว เช่น SDS สามารถดูดซับบนพื้นผิว SWCNT ได้ ทำให้เกิดแรงผลักไฟฟ้าสถิตระหว่างท่อคาร์บอนที่ชัดเจนมากขึ้น ซึ่งจะช่วยรักษาสถานะการกระจายตัว การวิจัยที่เกี่ยวข้องยังได้สังเกตผลกระทบของความเข้มข้นของสารลดแรงตึงผิว ความเข้มข้นของเกลือ และประจุที่พื้นผิวต่อสถานะการรวมตัวของ SWCNT

แต่สารช่วยกระจายตัวจะไม่ดีกว่าในปริมาณที่มากขึ้น

สารช่วยกระจายตัวที่มากเกินไปอาจทำให้:

สารตกค้างเพิ่มขึ้น

โฟมเพิ่มขึ้น

การเปลี่ยนแปลงความหนืด

ผลกระทบต่อประสิทธิภาพทางเคมีไฟฟ้า

ปัญหาการเคลือบ/การทำให้แห้งที่ตามมา

ดังนั้น สารช่วยกระจายตัวต้องได้รับการออกแบบร่วมกับท่อนาโนคาร์บอน ตัวทำละลาย และสูตรผสมขั้นสุดท้าย

X. เหตุใดตัวทำละลายต่างกันจึงมีผลต่างกันต่อ-การกระจายตัวของท่อนาโนคาร์บอนที่มีผนังเดี่ยว

เพราะไม่ว่าท่อนาโนคาร์บอนจะสามารถกระจายตัวได้อย่างเสถียรหรือไม่นั้น ขึ้นอยู่กับความสมดุลระหว่างปฏิกิริยาสองประเภท: "ตัวทำละลายในท่อคาร์บอน-" และ "ท่อคาร์บอน-ท่อคาร์บอน"

หากตัวทำละลายมีความเข้ากันได้ดีกับพื้นผิว CNT: ปฏิกิริยาระหว่างตัวทำละลายของ CNT- จะแข็งแกร่งขึ้น ในขณะที่แนวโน้มการรวมตัวของ CNT-CNT ใหม่-ลดลง ทำให้การกระจายตัวมีเสถียรภาพได้ง่ายขึ้น

ในทางกลับกัน ถ้าตัวทำละลายไม่ตรงกับ CNT ปฏิกิริยาระหว่าง CNT-CNT > ปฏิกิริยาของตัวทำละลาย CNT- จะทำให้-การรวมกลุ่มเป็นเรื่องง่าย

การวิจัยพบว่าความเสถียรในการกระจายตัวของ SWCNT ในระบบตัวทำละลายอินทรีย์ต่างๆ อาจแตกต่างกันอย่างมีนัยสำคัญ ตัวอย่างเช่น ระบบผสม DMF/NMP มีความเสถียรสูงกว่าตัวทำละลายเดี่ยวภายใต้เงื่อนไขการทดลองเฉพาะ

ดังนั้น ไม่มีใครถามง่ายๆ ว่า: "ท่อนาโนคาร์บอนที่มีผนังเดี่ยว-สามารถกระจายตัวใน-และ-ตัวทำละลายดังกล่าวได้หรือไม่"

คำถามที่แม่นยำกว่านี้ควรเป็น: "ที่ความเข้มข้นเท่าใด ในตัวทำละลายใด มีสารช่วยกระจายตัวเท่าใด และภายใต้สภาวะแรงเฉือนใด SWCNT สามารถรักษาการกระจายตัวที่เสถียรได้"

จิน เหตุใดท่อนาโนคาร์บอนที่มีผนังผนังเดี่ยว-จึงยากเป็นพิเศษในการกระจายตัวในระบบที่เป็นน้ำ

โดยทั่วไปพื้นผิว SWCNT ที่บริสุทธิ์จะมีลักษณะเฉพาะที่ไม่ชอบน้ำอย่างรุนแรง ในขณะที่น้ำเป็นสื่อที่มีขั้วสูง ดังนั้น SWCNT ที่บริสุทธิ์ในน้ำบริสุทธิ์มักพบว่าเป็นเรื่องยากมากที่จะสร้างการกระจายตัวของท่อแต่ละท่อที่เสถียรตามธรรมชาติ

นี่คือเหตุผลว่าทำไมสารละลายท่อนาโนคาร์บอนที่เป็นน้ำจึงต้องพิจารณา:

สารช่วยกระจายตัว

การปรับเปลี่ยนพื้นผิว

ค่า pH

ความแรงของไอออนิก

แรงเฉือนสูง

อัลตราซาวนด์

สารเพิ่มความคงตัวของโพลีเมอร์

และปัจจัยอื่นๆ

เป็นที่น่าสังเกตว่าความเข้มข้นของเกลือยังส่งผลต่อความเสถียรของการกระจายตัวด้วย

การวิจัยพบว่าหลังจากเติมเกลือ SWCNT ที่เคลือบด้วยสารลดแรงตึงผิว-จะมีการป้องกันประจุ ซึ่งอาจนำไปสู่การรวมตัว และผลกระทบนี้อาจแสดงการพึ่งพาเส้นผ่านศูนย์กลางหรือแม้กระทั่งการพึ่งพาไคราลิตี

ดังนั้น หากลูกค้าต้องการท่อนาโนคาร์บอนแบบมีผนัง-ที่มีน้ำอยู่ในผนังเดียว พวกเขาไม่สามารถซื้อ "ผง SWCNT" และเติมน้ำโดยตรงได้

สิบสอง. ท่อนาโนคาร์บอนติดผนัง-เดี่ยวที่ใช้งานได้จริงแยกย้ายกันง่ายกว่าหรือไม่

โดยทั่วไปสามารถปรับปรุงการกระจายตัวในระบบเฉพาะได้ แต่การทำงานไม่ได้หมายความว่าจะดีกว่าในทุกกรณี

การแนะนำกลุ่มขั้วลงบนพื้นผิว CNT ผ่านออกซิเดชันหรือวิธีการทางเคมีอื่นๆ สามารถปรับปรุงอันตรกิริยาของมันกับตัวทำละลายหรือโพลีเมอร์บางชนิดได้

ข้อดีของวิธีการดังกล่าวคือ: การเปลี่ยนแปลงพื้นผิว CNT → การปรับปรุงความเข้ากันได้กับตัวกลาง → การลด-การรวมตัวใหม่

แต่ยังมีปัญหาที่สำคัญอยู่ด้วย: การทำงานอาจเปลี่ยนแปลงโครงสร้างคาร์บอนsp²ดั้งเดิมของท่อนาโนคาร์บอน

การวิจัยที่เกี่ยวข้องชี้ให้เห็นว่าแม้ว่าการรักษาพื้นผิวด้วยสารเคมีสามารถปรับปรุงความเสถียรในการกระจายตัวของ CNT ได้ แต่การบำบัดด้วยสารเคมีที่มากเกินไปอาจทำลายส่วนหนึ่งของโครงสร้างภายในและส่งผลต่อคุณสมบัติทางกลและทางไฟฟ้า

ดังนั้นสำหรับ SWCNT ที่ต้องรักษาค่าการนำไฟฟ้าสูงหรือคุณสมบัติออปโตอิเล็กทรอนิกส์แบบพิเศษ "กระจายง่ายกว่า" ไม่จำเป็นต้องเท่ากับ "ประสิทธิภาพที่ครอบคลุมดีขึ้น"

สิบสาม ควรเปรียบเทียบความยากในการกระจายตัวของผงท่อนาโนคาร์บอนที่มีผนังเดี่ยว-และหลาย-อย่างไร

จากมุมมอง "เดอ-การรวมกลุ่ม" โดยทั่วไปแล้ว SWCNT ต้องการกระบวนการกระจายตัวที่ละเอียดยิ่งขึ้น จากมุมมองของ "การรวมตัวแบบมหภาค" ทั้ง SWCNT และ MWCNT มีปัญหาการรวมตัวกันที่ชัดเจน

การจัดอันดับดาวในที่นี้เป็นข้อบ่งชี้ทางวิศวกรรม ไม่ใช่มาตรฐานการทดสอบแบบรวมศูนย์ ผลลัพธ์ที่แท้จริงอาจแตกต่างกันอย่างมากขึ้นอยู่กับความยาวของผลิตภัณฑ์ เส้นผ่านศูนย์กลางของท่อ ความบริสุทธิ์ การรักษาพื้นผิว และสื่อ

ที่สิบสี่ เหตุใดท่อนาโนคาร์บอนแบบมีผนัง-ชนิดเดียวกันจึงสามารถมีการกระจายตัวที่แตกต่างกันโดยสิ้นเชิงจากผู้ผลิตที่แตกต่างกันได้

สิ่งที่กำหนดประสิทธิภาพการกระจายตัวของท่อนาโนคาร์บอนไม่ใช่แค่ชื่อผลิตภัณฑ์ "SWCNT" เท่านั้น โครงสร้างผงและกระบวนการผลิตมีความสำคัญไม่แพ้กัน

ตัวอย่างเช่น ผู้ผลิตสองรายมีป้ายกำกับ: SWCNT Purity มากกว่าหรือเท่ากับ 99%

แต่ผลการกระจายตัวที่แท้จริงอาจแตกต่างกันอย่างสิ้นเชิง

เนื่องจากต้องพิจารณาสิ่งต่อไปนี้ด้วย:

ดังนั้น "SWCNT ที่มีความบริสุทธิ์สูง-" จึงไม่เท่ากับ "SWCNT ที่กระจายตัวดีที่สุด-"

สำหรับการใช้งานเฉพาะด้าน สิ่งที่มีความหมายมากกว่าคือ: ความบริสุทธิ์สูง + ความยาวที่เหมาะสม + สภาพพื้นผิวที่เหมาะสม + ลักษณะทางสัณฐานวิทยาของผงที่เหมาะสม + กระบวนการกระจายตัวที่ตรงกัน

ที่สิบห้า จะปรับปรุงผลการกระจายตัวของผงท่อนาโนคาร์บอน-ผนังเดี่ยวได้อย่างไร

วิธีที่มีประสิทธิภาพสูงสุดไม่เพียงแต่เพิ่มเวลาในการกวนเท่านั้น แต่ยังปรับสถานะของผง ตัวกลางการกระจายตัว สารกระจายตัว และพลังงานกลให้เหมาะสมไปพร้อมๆ กัน

สามารถใช้แนวทางต่อไปนี้:

ขั้นตอนที่ 1: ยืนยันข้อมูลจำเพาะของท่อนาโนคาร์บอน

ขั้นแรกให้ยืนยัน:

เส้นผ่านศูนย์กลางท่อ

ความยาว

ความบริสุทธิ์

สถานะพื้นผิว

ไม่ว่าจะใช้งานได้จริง

ขั้นตอนที่ 2: กำหนดสื่อการกระจายตัว

ชี้แจงว่าเป็น:

น้ำ

เอ็นเอ็มพี

ดีเอ็มเอฟ

เอทานอล

ไอโซโพรพานอล

สารละลายเรซิน

ตัวทำละลายอินทรีย์อื่นๆ

ขั้นตอนที่ 3: เลือกสารช่วยกระจายตัว

เลือกประเภทที่เหมาะสมตามระบบ:

สารลดแรงตึงผิว

สารช่วยกระจายตัวโพลีเมอร์

โมเลกุลของแอมฟิฟิลิก

ขั้นตอนที่ 4: ปรับแรงเฉือนให้เหมาะสม

สามารถรวมกันได้: การทำให้เปียกก่อน- → แรงเฉือนความเร็วสูง- → อัลตราซาวนด์ → การสุกที่ความเร็วต่ำ- แทนที่จะเริ่มต้นด้วยอัลตราซาวนด์ที่ยืดเยื้อ

ขั้นตอนที่ 5: ประเมินความเสถียร

อย่างน้อยสังเกต:

ขนาดอนุภาคเริ่มต้น/สถานะการรวมตัว

ความหนืด

การตกตะกอน

เหนือตะกอน

ความเสถียรในการจัดเก็บ

เมื่อถึงเวลานั้น คุณจึงจะตัดสินได้ว่าปัญหาการกระจายตัวได้รับการแก้ไขแล้วจริงๆ หรือกลุ่มที่เกาะกลุ่มกันแตกตัวเพียงชั่วคราวเท่านั้น

เจ้าพระยา เหตุใดผู้ผลิตท่อนาโนคาร์บอนผนังเดี่ยว-จึงควรให้ความสำคัญกับ "ประสิทธิภาพการกระจายตัว" ด้วย

เนื่องจากสำหรับลูกค้าจำนวนมาก จุดประสงค์สูงสุดของการซื้อ SWCNT ไม่ใช่เพื่อให้ได้ถุงผง แต่เป็นวัสดุนาโนที่สามารถเข้าสู่สูตรและทำงานได้เสถียร

โดยเฉพาะสำหรับการใช้งานดังต่อไปนี้:

สารนำไฟฟ้าของแบตเตอรี่ลิเธียม

อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ยืดหยุ่น

ฟิล์มนำไฟฟ้าโปร่งใส

เซนเซอร์

วัสดุคอมโพสิตนำไฟฟ้า

โพลีเมอร์ประสิทธิภาพสูง-

วัสดุป้องกัน EMI

วัสดุออปโตอิเล็กทรอนิกส์

สิ่งที่ส่งผลต่อการตัดสินใจจัดซื้อจัดจ้างของลูกค้าอย่างแท้จริงมักไม่เป็นเช่นนั้น: "ความบริสุทธิ์ของ SWCNT นี้คืออะไร"

แต่ควรเป็น: "หลังจากเพิ่มมันเข้าไปในระบบของฉันแล้ว มันจะกระจายอย่างเสถียรได้หรือไม่"

ดังนั้น ผู้ผลิตผงท่อนาโนคาร์บอนที่มีความสามารถในการประยุกต์ นอกเหนือจากการควบคุมท่อคาร์บอนด้วยตนเองแล้ว ยังต้องเข้าใจ: ผง → การกระจายตัว → สารละลาย → การเคลือบ/ขึ้นรูป → ประสิทธิภาพขั้นสุดท้าย-ทั้งห่วงโซ่นี้

XVII. ในฐานะผู้ผลิตผงท่อนาโนคาร์บอน Shandong Tanfeng ช่วยลูกค้าแก้ปัญหาการกระจายตัวของ SWCNT ได้อย่างไร

Shandong Tanfeng มุ่งเน้นที่การจับคู่ข้อกำหนดเฉพาะของท่อนาโนคาร์บอนกับระบบการใช้งานของลูกค้า แทนที่จะนำเสนอแบบจำลองที่เป็นหนึ่งเดียวของผงท่อนาโนคาร์บอนที่มีผนังชั้นเดียว-

สำหรับลูกค้าที่ต้องการซื้อ SWCNT การจับคู่ผลิตภัณฑ์สามารถทำได้โดยใช้พารามิเตอร์ต่อไปนี้:

เส้นผ่านศูนย์กลางท่อ:เส้นผ่านศูนย์กลางของท่อที่แตกต่างกันส่งผลต่อพื้นที่ผิวเฉพาะ โครงสร้างอิเล็กทรอนิกส์ และพฤติกรรมการกระจายตัว

ความยาว:ความยาวส่งผลโดยตรงต่ออัตราส่วนภาพ แนวโน้มการพัวพัน และรีโอโลยีของสารละลาย

ความบริสุทธิ์:ข้อมูลจำเพาะของผลิตภัณฑ์ได้รับการควบคุมตามความต้องการของลูกค้าในด้านประสิทธิภาพของวัสดุอิเล็กทรอนิกส์ ไฟฟ้าเคมี หรือคอมโพสิต

สถานะพื้นผิว:สำหรับสื่อต่างๆ สามารถประเมินได้ดังต่อไปนี้:

SWCNT อันบริสุทธิ์

SWCNT ที่ใช้งานได้จริง

พื้นผิวเฉพาะ-ที่บำบัดด้วย SWCNT

สถานะผง:มุ่งเน้นไปที่การจับตัวเป็นก้อนของผงแห้ง ความคงตัวในการเก็บรักษา และความยากในการจับตัวเป็นก้อนที่ตามมา-

การจับคู่แอปพลิเคชัน:ในฐานะผู้ผลิตผงท่อนาโนคาร์บอน Shandong Tanfeng สามารถทำการจับคู่ข้อกำหนดเฉพาะของท่อนาโนคาร์บอนแบบกำหนดเป้าหมายตามระบบน้ำของลูกค้า น้ำมัน- ตัวทำละลายอินทรีย์ เรซิน และวัสดุคอมโพสิต

ซึ่งหมายความว่าลูกค้าไม่จำเป็นต้องเลือกระหว่าง: "0.8 nm หรือ 1.2 nm?"

แต่สามารถพิจารณาโดยรวมได้: เส้นผ่านศูนย์กลางของท่อ + ความยาว + ความบริสุทธิ์ + สถานะพื้นผิว + ระบบการกระจายตัว

ที่สิบแปด คำถามใดบ้างที่ควรถามผู้ผลิตเมื่อซื้อ-ผงคาร์บอนนาโนทิวบ์ผนังเดี่ยว

หากผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายของคุณมีข้อกำหนดด้านความเสถียรในการกระจายตัว วิธีที่ดีที่สุดคือสอบถามเกี่ยวกับพารามิเตอร์โครงสร้างผลิตภัณฑ์และ{0}}ข้อมูลที่เกี่ยวข้องกับการใช้งานในระหว่างการเสนอราคา

ขอแนะนำให้ถามอย่างน้อย:

เส้นผ่านศูนย์กลางท่อเฉลี่ยของ SWCNT คือเท่าใด

ช่วงความยาวคืออะไร?

ความบริสุทธิ์ของคาร์บอนได้รับการทดสอบอย่างไร?

ปริมาณโลหะเจือปนคืออะไร?

มีการให้ข้อมูลรามานหรือไม่?

มีการให้ข้อมูล TGA หรือไม่

มีการแสดงลักษณะเฉพาะของ TEM/SEM หรือไม่

ผงผ่านการทำให้แห้งแบบพิเศษหรือไม่?

มีกรณีการกระจายตัวของน้ำหรือไม่?

มีข้อมูลการกระจายตัวใน NMP/DMF และระบบอื่นๆ หรือไม่

สารช่วยกระจายตัวที่แนะนำคืออะไร?

สภาวะเฉือน/อัลตราซาวนด์ที่แนะนำคืออะไร?

สามารถจัดเตรียมตัวอย่างเพื่อทดสอบการผสมสูตรจริงได้หรือไม่

อย่าถามเพียงว่า: "ความบริสุทธิ์ของ SWCNT คืออะไร"

ที่สำคัญกว่านั้น ให้ถามว่า "แนะนำให้กระจาย SWCNT นี้ในระบบเป้าหมายของฉันอย่างไร" นี่เป็นคำถามที่สามารถลดต้นทุนการทดลองวิจัยและพัฒนา-และ-ข้อผิดพลาดได้อย่างแท้จริง

สิบเก้า คำถามที่พบบ่อยเกี่ยวกับการกระจายตัวของผงท่อนาโนคาร์บอนผนังเดี่ยว-

1. เหตุใดท่อนาโนคาร์บอนที่มีผนังชั้นเดียว-จึงมีแนวโน้มที่จะเกิดการเกาะตัวกัน

เนื่องจาก SWCNT มีอัตราส่วนกว้างยาวและการโต้ตอบระหว่าง-tube van der Waals ที่แข็งแกร่ง ทำให้มีแนวโน้มที่จะสร้างโครงสร้างที่คล้ายมัดรวม- การวิจัยเมื่อเร็วๆ นี้ยืนยันอีกครั้งว่าการรวมกลุ่ม SWCNT ตามธรรมชาติเป็นหนึ่งในความท้าทายหลักในการประมวลผลโซลูชัน

2. ท่อนาโนคาร์บอนที่มีผนังชั้นเดียว-จำเป็นต้องกระจายยากกว่าท่อนาโนคาร์บอนที่มีผนังหลาย-หรือไม่

ไม่จำเป็น แต่ SWCNT จะแสดงการรวมกลุ่มที่ชัดเจนกว่าและขจัด-ความยากในการรวมกลุ่มในหลายระบบ ผลลัพธ์ที่เฉพาะเจาะจงยังเกี่ยวข้องกับความยาว เส้นผ่านศูนย์กลางของท่อ การรักษาพื้นผิว ความบริสุทธิ์ และค่ากลางอีกด้วย

3. อัลตราซาวนด์สามารถแก้ปัญหาการเกาะตัวของ SWCNT ได้หรือไม่?

สามารถปรับปรุงการรวมตัวกันได้ แต่จำเป็นต้องควบคุมเวลาและพลังงานอัลตราซาวนด์ การรักษาที่มากเกินไปอาจส่งผลต่อความยาวและโครงสร้างของท่อคาร์บอน

4. สามารถเติม SWCNT ลงในน้ำได้โดยตรงหรือไม่

โดยทั่วไปแล้ว SWCNT ที่บริสุทธิ์ไม่สามารถสร้างการกระจายตัวของหลอดแต่ละหลอด-ที่เสถียรในระยะยาวผ่านการกวนง่ายๆ เพียงอย่างเดียว โดยทั่วไปจำเป็นต้องใช้สารช่วยกระจายตัว, การดัดแปลงพื้นผิวหรือวิธีการทำให้คงตัวอื่นๆ

5. สารช่วยกระจายตัวมากขึ้นดีกว่าหรือไม่?

ไม่ สารช่วยกระจายตัวจำเป็นต้องบรรลุผลการครอบคลุมพื้นผิวที่เพียงพอและผลกระทบจากการรักษาเสถียรภาพในขณะเดียวกันก็หลีกเลี่ยงสารช่วยกระจายตัวที่มากเกินไปซึ่งส่งผลต่อการนำไฟฟ้า สมรรถนะทางเคมีไฟฟ้า หรือการประมวลผลที่ตามมา

6. เหตุใด SWCNT ที่เพิ่งกระจัดกระจายจึงจับตัวเป็นก้อนอีกครั้งหลังจากผ่านไปหนึ่งวัน

เนื่องจากการกระจายตัวเชิงกลในช่วงเริ่มต้นไม่จำเป็นต้องทำลายโครงสร้างมัดรวมที่เสถียรทั้งหมด และปฏิกิริยาระหว่างไฟฟ้าสถิต แวนเดอร์วาลส์ ไม่ชอบน้ำ และสเตอริกในระบบจะเปลี่ยนสถานะการรวมตัวอย่างต่อเนื่อง

7. SWCNT ที่ได้รับฟังก์ชันการทำงานจำเป็นต้องกระจายง่ายกว่าหรือไม่?

โดยทั่วไปจะช่วยปรับปรุงการกระจายตัวในระบบขั้วเฉพาะ แต่อาจเปลี่ยนแปลงโครงสร้างภายในและประสิทธิภาพของ CNT ไปพร้อมกัน ดังนั้นการตัดสินจึงจำเป็นต้องรวมกับการใช้งานขั้นสุดท้าย

ท่อนาโนคาร์บอนแบบมีผนัง-เส้นเดียวยากต่อการกระจาย-สิ่งที่ยากจริงๆ คือการ "แยก-การรวมกลุ่ม" ไม่ใช่ "การทำให้เปียก"

ผงคาร์บอนนาโนทิวบ์ผนังเดี่ยว-ยากต่อการกระจายตัวมากกว่าผงคาร์บอนนาโนทิวบ์ผนังหลาย- หลายตัว ปัญหาพื้นฐานสรุปได้ดังนี้: อัตราส่วนกว้างยาวสูง เส้นผ่านศูนย์กลางของท่อเล็ก และปฏิสัมพันธ์ระหว่าง-tube van der Waals ที่มีนัยสำคัญ ทำให้ SWCNT มีแนวโน้มที่จะก่อตัวเป็นกลุ่มก้อนที่มั่นคง- เช่น โครงสร้างที่เกาะกลุ่มกัน

ดังนั้น การแก้ปัญหาการกระจายตัวของ SWCNT จึงไม่สามารถพึ่งพาได้เพียง: "เพิ่มตัวทำละลายอีกหน่อย + คนต่ออีกหน่อย"

แนวทางที่สมเหตุสมผลกว่าคือ: เลือกข้อกำหนด SWCNT ที่เหมาะสม → ควบคุมสถานะการรวมตัวของผง → เลือกตัวกลางการกระจายตัวที่ตรงกัน → ปรับสารช่วยกระจายตัวให้เหมาะสม → ควบคุมพลังงานเฉือน/อัลตราซาวนด์ → ตรวจสอบความเสถียร-ในระยะยาว

สำหรับการจัดหาผงท่อนาโนคาร์บอน นอกจากนี้ยังอธิบายด้วยว่าเหตุใดผลิตภัณฑ์ทั้งหมดที่มีป้ายกำกับว่า "ท่อนาโนคาร์บอนแบบผนังเดี่ยว{{0}" จึงอาจแสดงผลการกระจายตัวที่แตกต่างกันโดยสิ้นเชิงหลังจากเข้าสู่สูตรเดียวกัน

ในฐานะผู้ผลิตผงคาร์บอนนาโนทิวบ์ Shandong Tanfeng สามารถจับคู่ผลิตภัณฑ์ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางของท่อ SWCNT ความยาว ความบริสุทธิ์ สถานะพื้นผิว และระบบการใช้งาน และให้คำแนะนำในการเลือกและการกระจายที่เป็นเป้าหมายตามระบบน้ำ น้ำมัน- ตัวทำละลายอินทรีย์ หรือโพลีเมอร์ที่เจาะจงของลูกค้า

หากเป้าหมายของคุณไม่ใช่เพียงการซื้อผง SWCNT แต่เพื่อให้ได้วัสดุท่อนาโนคาร์บอนที่มีการจับตัวเป็นก้อนต่ำ กระจายตัวได้ง่าย และมีความคงตัวของแบทช์ในที่สุด การรวม "ประสิทธิภาพการกระจายตัว" เข้ากับข้อกำหนดเฉพาะของผลิตภัณฑ์ในขั้นตอนการจัดซื้อจะมีประสิทธิภาพมากกว่าการปรับสูตรซ้ำๆ หลังจากได้รับผง